[0001] La présente invention a pour objet un nouveau procédé de préparation d'alpha-aminoacides
optiquement actifs, ou de leurs dérivés.
[0002] On sait que la préparation d'aminoacides optiquement actifs est intéressante car
ceux-ci sont utilisés notamment dans les industries alimentaire et pharmaceutique.
[0003] On connaissait déjà la préparation d'aminoacides optiquement actifs par synthèse
asymétrique. Ces procédés ont notamment fait l'objet d'une revue par K. WEINGES et
B.STEMMLE, Recent Dev. Chem. Nat. Carbon Compd. 1976, 7, 89.
[0004] Le procédé de la présente demande est fondé sur un principe différent et consiste
à réaliser une déracémisation par protonation énantiosélective.
[0005] Le procédé de la présente demande est simple et rapide à mettre en oeuvre. Il ne
nécessite pas l'emploi de catalyseurs coûteux ou difficiles d'accès, et n'est pas
limité aux substances présentant le phénomène de cristallisation isomé- risante.
[0006] La présente invention a pour objet un procédé de préparation d'un alpha-aminoacide
chiral ou d'un de ses dérivés, possédant un substituant hydrogène en a de la fonction
carboxylique ou du dérivé de celle-ci, au départ de l'antipode optique correspondant
ou d'un mélange dudit antipode optique avec ledit aminoacide chiral ou son dérivé,
caractérisé par le fait que l'on soumet ledit produit de départ à l'action d'une base
forte, afin d'éliminer le proton en a de la fonction carboxylique ou du dérivé de
celle-ci, de façon connue en soi, puis que l'on fait agir sur le produit obtenu un
agent de protonation chiral stériquement encombré.
[0007] On obtient ainsi, uniquement ou de façon prépondérante, un aminoacide ou son dérivé
ayant une activité optique différente de celle du produit de départ. L'originalité
de cette méthode réside donc essentiellement dans la possibilité théorique d'obtention
d'un énantiomère pur à partir du mélange racémique ou même de son inverse optique,
avec un rendement maximum pouvant atteindre 100 % alors qu'il est limité à 50 % dans
le cas de la résolution.
[0008] Le produit de départ peut être par exemple un aminoacide (ou un de ses dérivés),
généralement sous forme d'un mélange d'énantiomères, que l'on veut transformer, ou
enrichir, en l'un des énantiomères. Parmi les aminoacides ou leurs dérivés utilisables
comme produits de départ, on citera la phénylglycine, l'alanine, la.phénylalanine,
la valine, la leucine, l'isoleucine, la tyrosine, la sérine, la thréonine, la méthionine,
le tryptophane, l'arginine, la lysine, l'histidine, etc..., et leurs dérivés.
[0009] Parmi les dérivés des aminoacides ou des mélanges d'énantiomères d'aminoacides de
départ, on citera notamment les dérivés énolisables de la fonction carboxylique, tels
que les esters, les thioesters, les nitriles, les amidines, les amides, etc..., ainsi
que les dérivés de la fonction amine, tels que les bases de Schiff, les dérivés d'acylation,
et plus généralement les dérivés d'aminoacides dans lesquels le groupement amine est
transformé à l'aide d'un groupement protecteur pouvant être éliminé pour redonner
l'amine non protégée.
[0010] De tels groupements protecteurs sont bien connus et sont décrits notamment par R.A.
BOISSONNAS, Advances In Organic Chemistry, Methods and Results, Vol.3, Interscience
Publishers, 1963, pages 159 et suivantes, ainsi que par J.F.W. McOmie, idem, pages
191 et suivantes.
[0011] Parmi les groupements de protection temporaire de la fonction amine, on peut citer
notamment les groupements carbo-tert-butyloxy, formyle, phtaloyle, etc... Bien entendu,
les groupements réactifs, éventuellement présents, autres que le groupement a-amino,
peuvent être également protégés ; c'est le cas par exemple du groupement amine latérale
de la lysine ou de l'ornithine, du groupe guanidino de l'arginine, des groupements
hydroxyle de la sérine, de la thréonine, et de la tyrosine, du groupement thiol de
la cystéine, etc...
[0012] Le produit de départ peut être par exemple une base de Schiff d'un ester d'un alpha-aminoacide.
Ces bases de Schiff peuvent être obtenues selon des procédés connus, par exemple par
l'action sur l'aminoacide du chlorure de thionyle, en présence d'un alcool, pour former
le chlorhydrate d'aminoester correspondant, puis par l'action d'un dérivé carbonylé
sur ledit chlorhydrate d'aminoester, dans les conditions usuelles de préparation des
bases de Schiff.
[0013] Comme dérivé carbonylé, on utilise notamment ceux de formule R
4-CO-R
3, dans laquelle R
3 et R
4 peuvent représenter un groupement hydrocarboné éventuellement substitué, l'un d'entre
eux pouvant en outre représenter un atome d'hydrogène.
[0014] Il convient de remarquer que l'expression "base de Schiff" s'étend ici, non seulement
aux dérivés des aldéhydes aromatiques, mais plus généralement aux dérivés des cétones
ou des aldéhydes aliphatiques ou aromatiques. Les substituants R
3 et R
4 peuvent représenter notamment des groupements aryle, alkyle linéaire ou ramifié,
ou cycloalkyle, éventuellement substitués, cette dernière expression englobant les
groupements comportant des hétéroatomes.
[0015] Généralement, les groupements hydrocarbonés que représentent R
3 et R
4 possèdent jusqu'à 20 atomes de carbone. Les substituants R
3 et R
4, lorsqu'ils représentent un groupement aryle, sont notamment un groupement phényle
éventuellement substitué par un groupement alcoxy (tel que méthoxy ou éthoxy), alkyle
(tel qu'isopropyle ou méthyle), etc...
[0016] Le produit de départ peut être soit un produit racémique, soit un mélange d'énantiomères
en proportions quelconques. Par le choix d'un acide chiral de configuration appropriée,
il est possible soit d'obtenir un mélange enrichi en l'un des énantiomères dudit produit
de départ, soit de transformer l'un des énantiomères en son antipode optique.
[0017] Il convient de noter que l'on utilise ici les expressions "énantiomères" et "antipode
optique" par commodité, en faisant référence uniquement au carbone asymétrique en
position a par rapport au carboxyle. Mais il est bien entendu que le procédé de la
présente demande est applicable à des aminoacides possédant d'autres carbones asymétriques,
en plus du carbone a.
[0018] Le procédé de l'invention est applicable notamment aux aminoacides, et à leurs dérivés,
présentant le groupement caractéristique de formule I:

[0019] Les produits de formule I englobent notamment les dérivés de formule IA :

[0020] dans laquelle R
1 est un groupement hydrocarboné, tel qu'un groupement alkyle, aryle ou aralkyle, éventuellement
substitué et comportant éventuellement des hétéroatomes, et notamment un groupement
phényle, benzyle, indole-3-yl méthyle, isopropyle, méthyle et 2-méthylpropyle.
[0021] La base forte utilisée dans le procédé défini ci-dessus est notamment une base permettant
de transformer le groupement de formule I, par élimination d'un proton, en un énolate
de formule II :

[0022] Parmi les bases fortes utilisables, on citera notamment les hydrures, les alcoolates,
les amidures, notamment les hydrures, alcoolates ou amiduresalcalins, par exemple
les hydrures de sodium, de potassium ou'de lithium, le terbutylate de lithium ou de
potassium, le di-isopropylamidure de lithium, etc... On utilise généralement cette
base forte à raison d'au moins un équivalent par mole de dérivé de formule I.
[0023] De plus, on a découvert que, de façon surprenante, le rendement optique augmente
lorsque la base forte est elle-même porteuse d'une activité optique. Les bases fortes
optiquement actives utilisables sont par exemple les hydrures, alcoolates et amidures
(notamment les hydrures, alcoolates et amidures de métal alcalin), tels que ces bases
portent un ou plusieurs atomes de carbone ou hétéroatomes asymétriques, ces groupements
asymétriques conférant à la base utilisée une activité optique. Comme exemple de base
optiquement active utilisable, on citera notamment un amidure, tel qu'un amidure alcalin,
et en particulier l'amidure de lithium, de la (+) N-méthyl phénylèthylamine.
[0024] La réaction d'énolisation est effectuée généralement dans un solvant, de préférence
anhydre. Le solvant peut être notamment un éther tel que le tétrahydrofuranne ou l'éther
éthylique, un alcool tel t-butanol, etc ...
[0025] Les acides chiraux utilisables dans le procédé ci-dessus sont de préférence ceux
qui possèdent un groupement stériquement encombrant.
[0026] Grâce à l'utilisation d'un tel acide, il est possible de fixer un proton de façon
énantiosélective, sur le carbone a de l'énolate de formule II.
[0027] L'utilisation d'un acide chiral donné, stériquement encombré, permet la fixation
préférentielle, sur l'une des faces du plan de la double liaison énolique, d'un proton,
et l'utilisation de l'antipode optique de cet acide stériquement encombré, permet
la fixation préférentielle d'un proton sur l'autre face du plan de la double liaison
énolique.
[0028] Les acides chiraux stériquement encombrés sont ceux possédant au moins un substituant
cyclique (saturé ou insaturé) ou un groupement ramifié. Les acides chiraux stériquement
encombrés peuvent posséder notamment au moins un substituant alkyle, de préférence
ramifié, éventuellement substitué ou insaturé, cycloalkyle ou aryle, éventuellement
substitué, ou un substituant hydrocarboné ponté, ou encore porter au moins un groupement
alkyle en ramification.
[0029] Parmi les acides utilisables on citera notamment les acides diacyltartriques et leurs
monoesters, l'acide camphanique, l'acide mandélique, l'acide 2-phtalimido 3-phényl
propionique, l'acide 2-trifluorométhyl 2-méthoxy phénylacétique, etc...
[0030] Parmi les acides chiraux utilisables, on citera notamment les acides diacyl-tartriques
de formule IV :

dans laquelle R
5 est un reste d'un acide carboxylique, de préférence encombré, et les monoesters des
diacides de formule IV.
[0031] Le substituant R5'peut être notamment un alkyle, de préférence ramifié, éventuellement
substitué ou insaturé, un groupement cycloalkyle, un groupement aryle, notamment phényle
ou naphtyle, éventuellement substitué, un groupement hydrocarboné ponté comme par
exemple un groupement adamantyle, etc...
[0032] Parmi les acides diacyl-tartriques de formule IV, on citera notamment ceux qui sont
mentionnés dans la partie expérimentale ci-après.
[0033] Tous ces acides encombrés sont connus ou peuvent être préparés selon les méthodes
générales décrites dans la littérature.
[0034] Par exemple, pour préparer le di-adamantylcarboxylate de l'acide tartrique, on mélange
3 moles du chlorure de l'acide adamantylcarboxylique avec une mole d'acide tartrique.
On chauffe à 140°C pendant 2-3 heures, refroidit, et reprend par le benzène. On sépare
l'anhydride qui cristallise, le reprend par l'acétone et ajoute la quantité stoechiométrique
d'eau. On chauffe'au reflux, puis évapore l'acétone. On obtient l'acide de formule
IV (avec R
5=adamantyle).
[0035] On utilise ces acides chiraux à raison d'au moins un équivalent. On utilise généralement
un excès d'acide chiral, de préférence à raison de deux équivalents d'acide chiral
pour une mole du dérivé de formule I.
[0036] On fait agir l'acide chiral en solution dans un solvant, ce solvant étant de préférence
le même que celui utilisé dans la réaction d'énolisation.
[0037] De préférence on fait agir l'acide chiral à des températures pouvant varier de 0
à -100°C, et en particulier vers -70°
C, pendant un temps pouvant varier de quelques minutes à quelques heures. Par exemple,
la réaction de protonation est généralement terminée au bout de 15 minutes à -70°C.
[0038] On isole le dérivé d'aminoacide optiquement actif selon les méthodes connues. Par
exemple, on sépare l'agent de protonation par formation quantitative d'un sel insoluble
dans l'éther dans lequel la base de Schiff reste en solution.
[0039] Après la réaction de protonation, on peut transformer le produit obtenu en tout autre
dérivé correspondant à la formule I, par les réactions connues de transformation,
par exemple de déprotection, sans racémisation. Par exemple, on transforme une base
de Schiff obtenue, de formule III :

en aminoester ou en aminoacide correspondant selon les méthodes connues, par hydrolyse
acide. L'aminoester peut être transformé en aminoacide par hydrolyse alcaline, etc
[0040] En outre, il est possible de récupérer, avec un bon rendement, et sans racémisation,
l'acide chiral tel que IV utilisé, dans la réaction de protonation. Un exemple détaillé
est donné dans la partie expérimentale.
[0041] Les exemples suivants illustrent l'invention sans toutefois la limiter. Dans tous
ces exemples, les manipulations sont effectuées sous atmosphère inerte, par exemple
sous azote.
EXEMPLE 1 : PROTONATION ENANTIOSELECTIVE DU N-BENZYLIDENE PHENYLGLYCINATE DE METHYLE
PAR L'ACIDE L-DIPIVALOYLTARTRIQUE (FORMULE IV, R5 = t-butyle)
[0042] On dissout 0,5 g (5.10
-3M) de diisopropylamine dans 15 cm3 de tétrahydrofuranne sec. On refroidit à -5°C et
ajoute à cette température 3,12 cm3 de n-butyllithium 1,6 M, en solution dans l'hexane
(5.10
-3M).
[0043] On agite la solution pendant 1/4 heure à une température comprise entre -5°C et 0°C.
On refroidit alors à -70°C et ajoute à cette température 0,885 g (3,5.10
-3M) de la base de Schiff de l'ester méthylique de la phénylglycine racémique, en solution
dans 6 cm3 de tétrahydrofuranne sec. On agite 1/4 heure à -70°C, puis ajoute 3,18
g (1.10
-2M) d'acide
L- dipivaloyltartrique en solution dans 10cm3 de tétrahydrofuranne sec. Après 1/4 heure
d'agitation à -70°C, on laisse revenir à température ambiante. La solution est traitée
par 30cm3 d'une solution aqueuse saturée de NaHCO
3; la phase organique est lavée par 30cm3 d'eau, séchée au sulfate de magnésium et
concentrée sous pression réduite. L'huile jaune obtenue (base de Schiff correspondante
optiquement active de la série L)est cristallisée dans l'hexane; on filtre et sèche
les cristaux. 0,75 g ; Rdt : 85 %.

[0044] Le rendement optique est de 50 %.
RECUPERATION DE L'ACIDE L-DIPIVALOYL TARTRIQUE
[0045] La phase aqueuse est lavée 3 fois par 30 cm3 d'éther, acidifiée jusqu'à pH 1 par
une solution aqueuse à 10 % d'HCl. On extrait 3 fois par 30 cm3 d'éther. La phase
organique est séchée sur sulfate de magnésium, filtrée et le solvant est évaporé sous
le vide de la trompe à eau. L'huile incolore obtenue est cristallisée dans le pentane.
On filtre et sèche les cristaux dans un dessicateur.
[0046] (poids obtenu = 3,05 g ; Rdt : 96 %.)
EXEMPLE 2 : PROTONATIONS ENANTIOSELECTIVES DE LA BASE DE SHIFF DE L'ESTER METHYLIQUE
DU TRYPTOPHANE, DE FORMULE III ,
[0047] avec

On procède de même que précédemment dans l'exemple 1, mais en ajoutant seulement 1,7.10
-3M de la base de Schiff racémique (0,52 g).
[0048] On obtient la base de Schiff optiquement active (Série L) avec un rendement optique
de 30,5 %.
EXEMPLE 3
[0049] On opère comme précédemment au départ des bases de Schiff (racémiques) de formule
III :

dans laquelle R
1 est le reste d'un a-aminoacide de formule : R
1-CH(NH
2)-CO
2H, R
1 étant un groupement hydrocarboné, tel qu'un groupement alkyle, aryle, aralkyle, éventuellement
substitué et comportant éventuellement des hétéroatomes, et notamment un groupement
phényle, benzyle, indole-3-yl méthyle, isopropyle, méthyle et 2-méthylpropyle, R
2 est le reste d'un alcool R
2-OH, par exemple un reste alkyle, aralkyle, etc...
[0050] Les formules de quelques bases de Schiff utilisées dans cet exemple sont résumées
dans le tableau 1 suivant (R3=H, R
4=
phényle, R
2=méthyle).

[0051] Les bases de Schiff précédentes ont été énolisées, puis protonées à l'aide des acides
diacyltartriques (série L) suivants de formule IV (Bu signifie : butyle) :

EXEMPLE 4
[0053] Les bases de Schiff racémiques III
1-III
4 (voir exemple précédent) ont été énolisées, puis protonées comme précédemment avec
divers acides optiquement actifs encombrés. Les résultats sont résumés dans le tableau
4 suivant :

EXEMPLE 5
[0054] La base de Schiff racémique de formule :
C6H5-CH (-N=CH-t-Bu)-COOCH3 a été énolisée, puis protonée comme précédemment avec les acides IV1, IV3 et IV4.
[0055] Par hydrolyse chlorhydrique de la base de Schiff optiquement active résultante, on
a obtenu le chlorhydrate d'aminoester optiquement actif de la série L, de formule
:

avec des rendements optiques de 8,5 - 7,5 -4,7 % respectivement.
[0056] (Rdts chimiques : 60-65%).
EXEMPLE 6
[0057] On énolise la base de Schiff de l'ester méthylique de la phénylglycine (Formule III,
avec R
3=H et R
4=phényl) par l'amidure de lithium de la (+)phényléthylamine N-méthylée, puis protoné
l'énolate de lithium obtenu par l'acide (
L)dipivaloyltartrique. On isole alors la base de Schiff de l'ester méthylique de la
phénylglycine avec un rendement de 75 %.
[0058] Après purification par l'hexane, on obtient 60 % de produit dont l'hydrolyse acide
conduit au chlorhydrate d'aminoester correspondant de rotation.

[0059] Rendement optique : 70,5 %. Rendement de l'hydrolyse : 95 %. Réf: (D) Hydrochlorure
de phénylglycinate de méthyle

1. Procédé de préparation d'un alpha-aminoacide chiral ou d'un de ses dérivés, possédant
un substituant hydrogène en a de la fonction carboxylique ou du dérivé de celle-ci,
au départ de l'antipode optique correspondant ou d'un mélange dudit antipode optique
avec ledit aminoacide chiral ou son dérivé, caractérisé par le fait que l'on soumet
ledit produit de départ à l'action d'une base forte, afin d'éliminer le proton en
a de la fonction carboxylique ou du dérivé de celle-ci, de façon connue en soi, puis
que l'on fait agir sur le produit obtenu un agent de protonation chiral stériquement
encombré.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit aminoacide
ou son dérivé est choisi dans le groupe constitué par : la phénylglycine, l'alanine,
la phénylalanine, la valine, la leucine, l'isoleucine, la tyrosine, la sérine, la
thréonine, la méthionine, le tryptophane, l'arginine, la lysine et l'histidine, ainsi
que leurs dérivés.
3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par
le fait que les dérivés de l'aminoacide ou du mélange d'aminoacides sont choisis dans
le groupe constitué par les dérivés énolisables de la fonction carboxylique, tels
que les esters, les thioesters, les nitriles, les amidines et les amides, et les dérivés
de la fonction amine dans lesquels le groupement amine est transformé à l'aide d'un
groupement protecteur, tels que les bases de Schiff et les dérivés d'acylation.
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le produit de départ
est une base de Schiff de l'alpha-aminoacide ou d'un de ses dérivés.
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé par le fait que ladite base de Schiff
résulte de l'action sur l'alpha-aminoacide ou de son dérivé d'un composé carbonylé
de formule R4-CO-R3, dans laquelle R3 et R4 représentent un radical hydrocarboné éventuellement substitué, l'un d'entre eux pouvant
en outre représenter un atome d'hydrogène.
6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé par le fait que les substituants
R3 et R4' lorsqu'ils représentent un radical hydrocarboné, éventuellement substitué, représentent
un groupement aryle, alkyle linéaire ou ramifié, ou cycloalkyle, éventuellement substitué,
contenant éventuellement des hétéroatomes.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisé par le fait
que le produit de départ est une base de Schiff de formule :

dans laquelle R
1 est le reste d'un a-aminoacide de formule : R
1-CH(NH
2)-CO
2H, R
2 est le reste d'un alcool de formule R
2-
OH, et
R3 et R
4 sont définis comme précédemment.
8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé par le fait que R1 représente un groupement hydrocarboné, tel qu'un groupement alkyle, aryle ou aralkyle,
éventuellement substitué et comportant éventuellement des hétéroatomes, et notamment
un groupement phényle, benzyle, indole-3-yl méthyle, isopropyle, méthyle et 2-méthylpropyle.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par
le fait que la base forte est choisie dans le groupe constitué par les hydrures, les
alcoolates et les amidures.
10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé par le fait que la base forte est
utilisée à raison d'au moins un équivalent par mole d'aminoacide, ou de son dérivé,
de départ.
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par
le fait que la réaction avec la base forte est effectuée dans un solvant anhydre.
12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé par le fait que ledit solvant est
un éther tel que le tétrahydrofuranne ou l'éther éthylique ou un alcool tel que le
t-butanol.
13. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par
le fait que ledit agent de protonation chiral stériquement encombré est un acide chiral
possédant au moins un substituant cyclique ou un groupement en ramification.
14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé par le fait que l'acide chiral
stériquement encombré possède au moins un substituant alkyle, de préférence ramifié,
éventuellement substitué ou insaturé, cycloalkyle ou aryle, éventuellement substitué,
ou un substituant hydrocarboné ponté, ou porte au moins un groupement alkyle en ramification.
15. Procédé selon l'une quelconque des revendications 13 et 14, caractérisé par le
fait que l'acide chiral est choisi dans le groupe constitué par les acides diacyltartriques
et leurs monoesters, l'acide camphanique, l'acide mandélique, l'acide 2-phtalimido
3-phényl propionique, et l'acide 2-trifluorométhyl 2-méthoxy phénylacétique.
16. Procédé selon la revendication 15, caractérisé par le fait que lesdits acides
chiraux sont les acides diacyl- tartriques de formule :

dans laquelle R
5 est le reste d'un acide carboxylique, de préférence encombré, ou les monoesters de
ces diacides.
17. Procédé selon la revendication 16, caractérisé par le fait que R5 est un groupement alkyle de préférence ramifié, éventuellement substitué ou insaturé,
un groupement aryle, tel qu'un groupement phényle ou naphtyle, éventuellement substitué,
ou un groupement hydrocarboné ponté tel qu'un groupement adamantyle.
18. Procédé selon la revendication 17, caractérisé par le fait que R5 représente un groupement méthyle, n-propyle, isopropyle, t-butyle, néopentyle, 3,3-diméthylbutyle,
phényle, benzyle, phénéthyle, (CH3)2-CBr-, cyclohexyle, styryle, adamantyle, (C2H5)3C-, 1,1,3,3-tétraméthyl butyle, 2,4,6-triméthylphényle, a-naphtyle, o-tolyle, m-tolyle
ou 2,5-diméthyl phényle.
19. Procédé selon l'une quelconque des revendications 13 à 18, caractérisé par le
fait que l'on fait agir l'acide chiral à raison d'au moins un équivalent pour une
mole du dérivé d'aminoacide.
20. Procédé selon l'une quelconque des revendications 13 à 19, caractérisé par le
fait que l'on fait agir l'acide chiral en solution dans un solvant, tel que le solvant
utilisé dans la réaction d'énolisation.
21. Procédé selon l'une quelconque des revendications 13 à 20, caractérisé par le
fait que l'on fait agir l'acide chiral à une température pouvant varier de 0 à -100°C.
22. Procédé selon la revendication 21, caractérisé par le fait que l'on fait agir
l'acide chiral à température de -70°C environ.
23. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 22, caractérisé par le fait
que ladite base forte est porteuse d'une activité optique.
24. Procédé selon la revendication 23, caractérisé par le fait que ladite base forte
est un amidure de la (+) N-méthyl phényléthylamine.